Leitfaden zu hydrographischen Vermessungsgeräten: ADCP vs. Echolot vs. Multibeam
2026-06-22
Hydrografische Vermessungsarbeiten decken ein breites Spektrum an Fragen rund um das Thema Wasser ab: Wie tief ist die Fahrrinne, wie sieht das Flussbett aus, wie schnell ist die Strömung und wie verändert sich all das im Laufe der Zeit? Kein einzelnes Gerät kann alle diese Fragen beantworten. Bei der Auswahl der Ausrüstung für hydrografische Vermessungen geht es vor allem darum, das Gerät auf die jeweilige Fragestellung, das Gewässer und die Plattform, auf der es eingesetzt wird, abzustimmen. Dieser Leitfaden führt durch die drei wichtigsten Gerätefamilien, die in der modernen bathymetrischen Kartierung zum Einsatz kommen – Einstrahl-Echolote, Mehrstrahl-Echolote und akustische Doppler-Strömungsprofiler – und erläutert, wo jeweils welches Gerät zum Einsatz kommt.
Was hydrografische Vermessungsgeräte messen
Im Kern liefert eine hydrografische Vermessung zwei Arten von Daten: die Form des Gewässergrundes (Bathymetrie) und das Verhalten des Wassers selbst (Strömung und Durchfluss). Diese Aufgabe übernehmen akustische Messgeräte, die einen Schallimpuls ins Wasser senden und die Zeit bis zu dessen Rückkehr messen. Die Unterschiede zwischen den Gerätetypen liegen darin, wie viele Strahlen sie verwenden, wie groß der von ihnen abgedeckte Bereich ist und ob sie für die Messung der Tiefe, der Strömung oder beides ausgelegt sind.
Drei Messaufgaben tauchen in fast jedem Projekt immer wieder auf:
Tiefe und Bodenform: Kartierung des Meeres-, Fluss- oder Seebodens für Seekarten, Baggerpläne und Volumenberechnungen. Dies ist die Aufgabe von Echoloten.
Wasserströmung und Abfluss: Messung von Strömungsgeschwindigkeit und -richtung durch die Wassersäule sowie Berechnung des Flussabflusses. Dies ist die Aufgabe von akustischen Doppler-Strömungsprofilern.
Positionierung und Bewegung: Zuordnung jeder Messung zu einer genauen Position und Korrektur um die Bewegung der Vermessungsplattform. Dies ist die Aufgabe des GNSS- und Trägheitsnavigationssystems, das die gesamte Vermessung unterstützt.
CHCNAV-Geräte für die hydrografische Vermessung zur Bathymetrie, Wassermessung und Datenerfassung.
Echolote mit einem Strahl
Ein Einstrahl-Echolot ist das direkteste Tiefenmessgerät. Es sendet einen akustischen Impuls senkrecht nach unten aus und liefert bei jedem Impuls einen einzelnen Tiefenwert. Führt man eine Vermessungslinie über das Gewässer, ergibt sich daraus ein Tiefenprofil entlang dieser Strecke. Es ist einfach, robust, leicht und der kostengünstigste Einstieg in die bathymetrische Vermessung.
Einstrahlsysteme eignen sich für Projekte, bei denen keine vollständige Abbildung des Meeresbodens erforderlich ist: routinemäßige Kontrollemessungen der Fahrrinnen-Tiefe, Pegelmessungen an Stauseen und Seen, Flussquerschnitte sowie Inspektionsarbeiten, bei denen ein repräsentatives Tiefenprofil entlang festgelegter Linien ausreicht. Zweifrequenz-Einzelstrahlmodelle bieten eine zusätzliche Funktion: Sie nutzen eine niedrige Frequenz, um weiches Sediment zu durchdringen, und eine hohe Frequenz, um den festen Untergrund zu erfassen, sodass die Vermessung sowohl die Schlammoberfläche als auch den festen Untergrund darunter erfasst.
Ein Multibeam-Echolot überwindet die Einschränkungen eines Einstrahl-Echolots. Anstelle eines einzigen, senkrecht nach unten gerichteten Impulses sendet es ein fächerförmiges Strahlbündel über einen Streifen unterhalb des Schiffes aus und ermittelt für jeden Strahl im Fächer eine Tiefe, wodurch pro Ping Hunderte oder Tausende von Tiefenmessungen erzeugt werden. Während sich das Schiff vorwärtsbewegt, fügen sich diese Streifen zu einem durchgehenden, lückenlosen dreidimensionalen Modell des Meeresbodens zusammen, anstatt nur eine Reihe von voneinander getrennten Profilen zu bilden.
Multibeam ist das Instrument der Wahl, wenn die Vermessung eine vollständige Abdeckung und hohe Detailgenauigkeit erfordert: Hafenvermessungen, Messung des Ausbaggervolumens, Inspektion von Unterwasserstrukturen und die Erstellung hochwertiger Seekarten. Die Schwadbreite wird üblicherweise als Vielfaches der Wassertiefe angegeben, sodass ein einzelner Durchgang ein Band abdeckt, das um ein Vielfaches breiter ist als die Tiefe unter dem Schiff – was die flächendeckende Kartierung in großem Maßstab erst praktikabel macht. Der Nachteil sind die Kosten und die Komplexität: Multibeam-Systeme erfordern eine genaue Bewegungskompensation und sorgfältige Kalibrierung, um die Rohdaten der Strahlen in eine saubere Oberflächendarstellung umzuwandeln.
Das kompakte Multibeam-Echolot CHCNAV HQ-400 wurde speziell für diese Aufgabe auf einer kompakten Plattform entwickelt und ermöglicht so die flächendeckende Bathymetrie auch für kleine und unbemannte Schiffe.
Akustische Doppler-Strömungsprofiler (ADCP)
Ein akustischer Doppler-Strömungsprofiler misst etwas, was Echolote nicht erfassen: die Bewegung des Wassers. Er nutzt den Doppler-Effekt bei Schallwellen, die von im Wasser schwebenden Partikeln reflektiert werden, um Strömungsgeschwindigkeit und -richtung in vielen Tiefen der Wassersäule gleichzeitig zu messen und so ein Strömungsprofil von der Oberfläche bis zum Gewässergrund zu erstellen. In Verbindung mit einem Querschnitt des Flussbetts berechnet ein ADCP auch den Abfluss, also das Gesamtvolumen des Wassers, das pro Sekunde an einem Punkt vorbeiströmt – eine Schlüsselgröße in der Hydrologie und der Wasserwirtschaft.
ADCPs sind das Instrument der Wahl für die Messung von Fluss- und Bachpegelständen, die Hochwasserüberwachung, Bewässerungs- und Wasserressourcenstudien sowie für alle Projekte, bei denen nicht nur die Tiefe, sondern auch die Strömung im Mittelpunkt steht. Viele ADCPs erfassen zudem die Tiefe entlang der Bodenbahn, sodass ein einziger Einsatz sowohl ein Strömungsprofil als auch eine Tiefenmessung entlang der Bahn liefern kann.
Strömungsgeschwindigkeit, -richtung und -durchfluss
Strömungsprofil durch die Wassersäule
Pegelmessungen an Flüssen und Bächen, Hochwasser- und Abflussüberwachung, Wasserressourcenstudien
Die drei ergänzen sich eher, als dass sie miteinander konkurrieren. Ein umfassendes Wasserressourcen- oder Wasserstraßenprogramm nutzt oft alle drei: ein ADCP zur Durchflussmessung, ein Einstrahl-Echolot für routinemäßige Tiefenmessungen und ein Mehrstrahl-Echolot für die detaillierten, flächendeckenden Querschnitte, die am wichtigsten sind. Der richtige Ausgangspunkt hängt davon ab, ob es bei dem Projekt in erster Linie um Tiefe, Detailgenauigkeit oder Durchfluss geht.
Die Plattform ist genauso wichtig wie das Instrument
Ein Echolot oder ADCP ist nur so gut wie die Plattform, auf der es montiert ist, und die Positionsbestimmung, die dahintersteht. Diese beiden Faktoren bestimmen die Qualität der Enddaten ebenso sehr wie der Sensor selbst.
Unbemannte Vermessungsschiffe
Unbemannte Vermessungsschiffe mit geringem Tiefgang erreichen Bereiche des Vermessungsgebiets, in denen bemannte Boote nicht sicher arbeiten können: Untiefen, bewachsene Abschnitte, steile Ufer und Strecken mit ständigem gewerblichem Schiffsverkehr. Ein kompaktes unbemanntes Vermessungsschiff (USV) kann eine Einstrahl-, Mehrstrahl- oder ADCP-Nutzlast tragen, Vermessungslinien kontinuierlich abfahren, ohne Vorfahrt koordinieren zu müssen, und von einer kleinen Besatzung vom Ufer aus eingesetzt und gesteuert werden. Das unbemannte Vermessungsschiff APACHE 4 ist ein Beispiel für eine leichte Plattform, die dafür gebaut wurde, diese Nutzlasten in schwierige Gewässer zu befördern.
Positionsbestimmung und Bewegungskompensation
Jede Messung muss mit einer genauen Position verknüpft werden, und auf einem sich bewegenden Schiff muss sie zudem um Roll-, Nick- und Hebebewegungen korrigiert werden. Dies ist die Aufgabe eines integrierten GNSS- und Trägheitssystems. Ohne genaue Positionsbestimmung und Bewegungskompensation liefert selbst ein hochwertiges Multibeam-Gerät ein verzerrtes Oberflächenbild. Aus diesem Grund werden hydrografische Vermessungsgeräte nicht als einzelner Sensor, sondern als System – bestehend aus dem akustischen Sensor, der Positioniereinheit und der Plattform – spezifiziert.
So wählen Sie Ausrüstung für hydrografische Vermessungen aus
Ein paar kurze Fragen helfen dabei, die Auswahl schnell einzugrenzen:
Tiefe oder Strömung? Wenn es bei dem Projekt darum geht, wie viel Wasser fließt, beginnen Sie mit einem ADCP. Wenn es um die Form des Gewässergrundes geht, beginnen Sie mit einem Echolot.
Profil oder vollständige Abdeckung? Wenn repräsentative Tiefenlinien ausreichen, ist ein Einstrahl-Echolot die effiziente Wahl. Wenn für die Arbeit eine vollständige, hochdetaillierte Oberfläche benötigt wird, ist ein Mehrstrahl-Echolot die richtige Lösung.
Welche Gewässer und welche Zugangsbedingungen? Flache, bewachsene, schnell fließende oder stark befahrene Gewässer sprechen eher für ein kompaktes, unbemanntes Vermessungsschiff als für ein bemanntes Boot.
Welche Genauigkeitsklasse? Die Erstellung von Seekarten und Ingenieurarbeiten unterliegen strengen Genauigkeitsstandards, die sowohl die Sensorqualität als auch die Anforderungen an die Positionsbestimmung bestimmen.
CHCNAV – Ausrüstung für hydrografische und marine Vermessungen
CHC Navigation entwickelt hydrografische Vermessungsgeräte aus allen drei Instrumentenfamilien sowie die Plattformen, auf denen diese zum Einsatz kommen: ADCP-Strömungsprofiler der RS-Serie, Einstrahl-Echolote der D-Serie, das Mehrstrahl-Echolot HQ-400 und die unbemannten Vermessungsschiffe der APACHE-Serie. Sie sind Teil der umfassenden Lösung von CHCNAV für hydrografische Vermessungen und bathymetrische Kartierung, die Sensoren, Positionierungssysteme und Plattformen für die Kartierung von Binnenwasserstraßen, Hafenvermessungen, Arbeiten an Flüssen und Stauseen, Hochwasser- und Abflussüberwachung sowie Unterwasserinspektionen vereint.
Für Teams, die eine hydrografische Kapazität aufbauen oder erweitern möchten, besteht der praktische Ansatz darin, das Messgerät auf die jeweilige Messung, die Plattform auf das Gewässer und die Positionsbestimmung auf die Genauigkeitsklasse abzustimmen und diese dann zu einem einheitlichen System zusammenzufügen, anstatt sie als eine Ansammlung einzelner Teile zu betrachten.
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Über CHC Navigation
CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und Autonomie und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [Huace:300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview
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